Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок ядерного реактора. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку, хвостовик. Хвостовик состоит из соединенных между собой стакана, опорной плиты и антивибрационной решетки. Антивибрационная решетка состоит из соединенных между собой ячеек, а нижние концевики твэлов и направляющих каналов закреплены в хвостовике. Нижний концевик твэл выполнен в виде цилиндра, переходящего в наконечник конусообразной формы, имеет кольцевую проточку, выполненную на цилиндрической части, с двумя наклонными буртами, посредством которых закрепляется в упругих элементах ячейки антивибрационной решетки. Между нижними торцевыми буртами концевиков направляющих каналов и опорной плитой установлены ступенчатые втулки, посредством которых закреплено поле ячеек антивибрационной решетки. Изобретение направлено на полную автоматизацию процесса сборки пучков твэл с сохранением ресурсных характеристик ТВС. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок (ТВС), из которых сформированы активные зоны водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), особенно типа ВВЭР-1000.

В конструкции ТВС основными узлами являются пучок тепловыделяющих элементов (твэл), головка и хвостовик.

Пучок твэл, как правило, состоит из твэлов, которые размещены в ячейках, расположенных по длине ТВС дистанционирующих решеток (ДР), и соединяется с головкой и хвостовиком ТВС посредством различных конструктивных элементов.

Хвостовик ТВС, как правило, состоит из опорного стакана и опорной плиты. Твэлы или опираются на опорную плиту или, как правило, закреплены в опорной плите хвостовика и имеют возможность температурного и радиационного расширения вдоль ТВС.

Нормальное и безопасное функционирование твэлов в составе ТВС предполагает наличие узла крепления нижнего концевика твэла в хвостовике ТВС, который должен обеспечивать надежную фиксацию твэлов и удобство дистанционной сборки -разборки пучка твэлов.

В настоящее время разработано множество конструкций узлов и элементов крепления нижнего концевика твэла, удовлетворяющих требованиям их безопасной эксплуатации в составе ТВС.

Известна конструкция ТВС ядерного реактора, содержащая пучок твэлов, размещенный в расположенных по длине ТВС дистанционирующих решетках, головку и хвостовик, соединенные направляющими каналами, в которых перемещаются регулирующие стержни, причем направляющие каналы жестко соединены с хвостовиком, а их верхние части размещены в пружинном блоке головки (RU 2137223, G21C 3/32, публикация 1999 г.). В известной тепловыделяющей сборке хвостовик представляет собой конструкцию из опорной плиты и опорного стакана. Опорная плита предназначена для фиксирования и крепления нижних концевиков твэл.

Известна конструкция ТВС, содержащая пучок тепловыделяющих элементов, соединяемых с опорной плитой хвостовика узлом крепления, в качестве которого использован нижний концевик твэла (RU 2129738, G21С 3/30, G21С 3/32, 27.04.99). Нижняя часть концевика твэла выполнена в виде упругого цилиндра, установленного в посадочном отверстии опорной плиты, при этом упругое поперечное сечение цилиндра выполнено в форме кольца, имеющего разрез. Цилиндр имеет в нижней части буртик, контактирующий с нижней поверхностью опорной плиты.

Данные технические решения не позволяют полностью автоматизировать процесс дистанционной сборки-разборки пучка твэлов, т.к. контактирующие с нижней поверхностью опорной плиты элементы нижних концевиков твэл имеют необтекаемую форму и для проходки твэл через систему дистанционирующих решеток на концевики твэл необходимо одевать технологические наконечники обтекаемой формы. Одновременно неизбежное наличие осевых и радиальных зазоров в месте посадки концевиков твэл в опорной плите приводит к повышенному истиранию нижних частей концевиков, что снижает ресурсные показатели ТВС.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является конструкция ТВС, содержащая пучок тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку и хвостовик, причем дистанционирующие решетки соединены между собой и с хвостовиком элементами, расположенными по длине тепловыделяющей сборки (заявка №2006136240 от 16.10.06).

В известной тепловыделяющей сборке хвостовик представляет собой конструкцию из соединенных между собой антивибрационной решетки, опорной плиты и опорного стакана. В данной конструкции нижний концевик твэл закреплен в опорной плите хвостовика, а цилиндрическая поверхность твэла фиксирована в антивибрационной решетке с целью компенсации осевых и радиальных зазоров в месте посадки концевиков твэл в опорной плите.

Недостатком данной конструкции является сложность изготовления нижнего концевика твэл под его закрепление в опорной плите и его форма, не позволяющая полностью автоматизировать процесс сборки пучков твэл.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание тепловыделяющей сборки ядерного реактора, обладающей повышенными ресурсными и экономическими показателями.

Данные технические результаты достигаются тем, что в тепловыделяющей сборке ядерного реактора, содержащей пучок тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку, хвостовик, хвостовик состоит из соединенных между собой стакана, опорной плиты и антивибрационной решетки, антивибрационная решетка состоит из соединенных между собой ячеек, а нижние концевики твэлов и направляющих каналов закреплены в хвостовике, согласно изобретению нижний концевик твэл выполнен в виде цилиндра, переходящего в наконечник конусообразной форы, имеет кольцевую проточку, выполненную на цилиндрической части, с двумя наклонными буртами, посредством которых закрепляется в упругих элементах ячейки антивибрационной решетки, а между нижними торцевыми буртами концевиков направляющих каналов и опорной плитой установлены ступенчатые втулки, посредством которых закреплено поле ячеек антивибрационной решетки.

Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в следующем. Закрепление нижнего концевика твэл осуществляется в ячейке антивибрационной решетки посредством сопряжения между упругими элементами ячейки решетки и цилиндрической поверхностью проточки и ограничивающими ее наклонными буртами концевика твэл. При этом поле ячеек антивибрационной решетки дополнительно закреплено от осевых перемещений между нижними торцевыми буртами концевиков направляющих каналов и опорной плитой ступенчатыми втулками, опирающимися на опорную плиту.

Закрепление нижнего концевика твэл в антивибрационной решетке дает возможность компенсации осевых и радиальных люфтов в местах крепления концевиков твэлов за счет натягов, возникающих между упругими элементами (опорами) антивибрационной решетки и цилиндрической поверхностью проточки концевика твэл, а наличие конусообразного наконечника обтекаемой формы на концевике твэл позволяет полностью автоматизировать процесс сборки пучков твэл.

Целесообразно антивибрационную решетку выполнить из сваренных или паянных между собой ячеек, расположенных по гексагональной схеме и имеющих шестигранную форму с тремя опорами для твэла, расположенными через 120 градусов друг от друга и образованными выпуклостями на гранях ячейки внутрь ее.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг.1 приведена принципиальная схема ТВС, на фиг.2 показан хвостовик ТВС с антивибрационной решеткой (АВР), фиксирующими ее втулками, нижними концевиками тепловыделяющих элементов (твэл), фиксированными в АВР, направляющими каналами (НК), закрепленными в опорной плите хвостовика, на фиг.3 показано поперечное сечение А-А на фиг.2, на фиг.4 показан выносной элемент Б на фиг.2 с узлом крепления твэл в ячейке АВР, на фиг.5 показан выносной элемент В на фиг.2 с креплением НК в опорной плите и фиксирующей АВР втулкой, на фиг.6 показана ячейка АВР.

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора (см. фиг.1) содержит пучок 1 твэл и НК, размещенных в дистанционирующих решетках 2, соединенных между собой посредством сварки угловыми элементами 3, хвостовик 4 и головку 5. Угловые элементы 3 посредством винтов 6 соединены с хвостовиком 4.

Хвостовик 4 (см. фиг.2) состоит из опорного стакана 7, опорной плиты 8 и АВР 9, которые соединены между собой посредством сварки пластинами 10. В АВР 9 закреплены нижние концевики твэл 11, которые упираются в опорную плиту 8.

Нижние концевики НК 12 проходят сквозь втулку 13, расположенную между опорной плитой 8 и АВР 9, и крепятся к опорной плите 8, например, посредством болтового соединения.

Антивибрационная решетка 9 (см. фиг.2, 3) состоит из ячеек 14, расположенных по гексагональной схеме и соединенных между собой в местах контакта посредством сварки или пайки.

Нижние концевики твэл 11 (см. фиг.2, 3, 4) фиксируются от радиальных и осевых перемещений в упругих элементах 15 ячеек 14 АВР посредством проточки 16 с двумя наклонными буртами 17, выполненными на цилиндрической поверхности 18 нижних концевиков твэл, а конусообразный наконечник 19 упирается в опорную плиту 8.

Поле ячеек АВР 9 (см. фиг.2, 3) фиксируется от осевых перемещений за счет ячеек 14 АВР, сквозь которые проходят нижние концевики НК 12 и втулки 13. Втулки 13 (см. фиг.5) имеют бурт 20, в который упираются нижние торцы ячеек 14, при этом верхние торцы ячеек 14 поджимаются нижними торцевыми буртами концевиков НК 12.

Ячейки 14 (см. фиг.6) предпочтительно выполнять шестигранной формы с тремя упругими элементами (пуклевками) 15, расположенными на гранях ячейки через 120 градусов друг от друга, выдавленными внутрь ячейки.

Предлагаемая тепловыделяющая сборка работает следующим образом.

После установки ТВС в реактор она поджимается верхней плитой реактора путем упора в торец обечайки головки 5. Затем усилие передается через пружинный блок головки, который поджимается на величину, рассчитанную таким образом, чтобы удержать ТВС от всплытия в потоке движущегося снизу теплоносителя, на направляющие каналы 12 и далее на опорную плиту 8 и через пластины 10 на опорный стакан 7 хвостовика 4, который входит в отверстие нижней плиты реактора.

Дистанционирующие решетки 2, соединенные между собой угловыми элементами 3, образуют каркас, который посредством винтов 6 соединен с хвостовиком 4.

Теплоноситель, поступая в ТВС через входное отверстие опорного стакана 7 хвостовика 4, проходит через проливные отверстия опорной плиты 8 и далее омывает твэлы пучка 1, нагреваясь за счет контакта с поверхностью твэл 11. Твэлы, а с ними и каркас, нагреваясь за счет процесса ядерного деления внутри твэл, начинают удлиняться вверх за счет теплового и радиационного роста; при этом пучок 1 растет независимо от направляющих каналов 12, т.к. последние с гарантированным зазором проходят сквозь ячейки дистанционирующих решеток 2 и антивибрационной решетки 9. Таким образом пучок 1 с твэлами не оказывает воздействия на несущие силовую нагрузку направляющие каналы 12 и не деформирует их.

Нижние концевики твэл 11, проходя сквозь ячейки 14 антивибрационной решетки 9, за счет натягов, возникающих между упругими элементами (пуклевками 15) ячеек и оболочкой твэл, надежно фиксируются в антивибрационной решетке от осевых и радиальных люфтов и упираются наконечниками 19 в опорную плиту 8. В свою очередь антивибрационная решетка 9, закрепленная посредством пластин 10 и ступенчатых втулок 13, надежно фиксируется в хвостовике 4. Тем самым исключается возможность истирания и разрушения концевиков твэл в процессе эксплуатации от воздействия вибрации потока теплоносителя.

Использование предлагаемой конструкции твэл 11 с наконечником 19 обтекаемой формы с креплением твэл в АВР 9 хвостовика 4 позволяет полностью автоматизировать процесс сборки пучков твэл с сохранением ресурсных характеристик ТВС.

Изготовление настоящей конструкции может быть осуществлено на известном оборудовании с использованием стандартных технологий.

1. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая пучок тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку, хвостовик, причем хвостовик состоит из соединенных между собой стакана, опорной плиты и антивибрационной решетки, антивибрационная решетка состоит из соединенных между собой ячеек, а нижние концевики твэлов и направляющих каналов закреплены в хвостовике, отличающаяся тем, что нижний концевик твэл выполнен в виде цилиндра, переходящего в наконечник конусообразной формы, имеет кольцевую проточку, выполненную на цилиндрической части, с двумя наклонными буртами, посредством которых закрепляется в упругих элементах ячейки антивибрационной решетки, а между нижними торцевыми буртами концевиков направляющих каналов и опорной плитой установлены ступенчатые втулки, посредством которых закреплено поле ячеек антивибрационной решетки.

2. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что ячейки антивибрационной решетки расположены по гексагональной схеме и имеют шестигранную форму с тремя опорами для твэла, расположенными через 120° друг от друга и образованными выпуклостями на гранях ячейки внутрь ее.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к конструктивным элементам ТВС (тепловыделяющей сборки), обеспечивающим бесперебойную работу канальных ядерных реакторов большой мощности (РБМК), в частности к антидебризным фильтрам ТВС.

Изобретение относится к области ядерной технологии изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС) для ядерного реактора, преимущественно, водо-водяного энергетического реактора типа ВВЭР-1000.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкции тепловыделяющих элементов ядерного энергетического реактора. .

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкции тепловыделяющих элементов ядерного энергетического реактора. .

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к конструкции тепловыделяющих элементов ядерного энергетического реактора. .

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к изготовлению топливных композиций для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для эксплуатации в составе тепловыделяющих сборок в энергетических ядерных реакторах, использующих воду в качестве теплоносителя.

Изобретение относится к атомной энергетике и направлено на повышение внутренней самозащищенности и безопасности канальных ядерных реакторов. .

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано, в частности, в конструкциях тепловыделяющих сборок (ТВС) активных зон ядерных энергетических реакторов тепловой мощностью от 1150 до 1700 МВт, особенно для реакторов типа ВВЭР-440.

Изобретение относится к блокам реакторных топливных элементов, в частности к конструкциям рабочих кассет реакторов типа ВВЭР-440

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к конструкциям тепловыделяющих сборок водоохлаждаемых корпусных ядерных реакторов

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к конструкциям тепловыделяющих сборок водоохлаждаемых корпусных ядерных реакторов

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР (ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и т.п.)

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам ТВС (тепловыделяющих сборок), используемых преимущественно для реакторов РБМК-1000, а также ВВЭР-440 и ВВЭР-1000

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР и РБМК

Изобретение относится к получению радиоактивных изотопов в ядерных реакторах

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок ядерного реактора. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, головку, антивибрационную решетку и хвостовик. Хвостовик состоит из соединенных между собой стакана и опорной плиты. Антивибрационная решетка состоит из поля соединенных между собой ячеек, в упругих элементах которых закреплены твэлы. Согласно изобретению антивибрационная решетка установлена над хвостовиком и закреплена как минимум на трех направляющих каналах посредством упорных втулок, установленных попарно над и под полем ячеек антивибрационной решетки в местах проходки направляющих каналов и соединенных с направляющими каналами посредством сварки или пайки. Техническое решение - снижение гидравлическое сопротивление хвостовика, повышение скорости теплоносителя, омывающего пучок твэл, эффективности охлаждения твэл и ресурсных характеристик ТВС. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к атомной технике. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, пучок цилиндрических тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, и центрирующие элементы, выполненные в ячейках дистационирующих решеток. По меньшей мере, часть центрирующих элементов, контактирующих с дистанционирующей решеткой, выполнена на оболочках тепловыделяющих элементов в местах расположения дистанционирующих решеток. В частном случае исполнения тепловыделяющей сборки, по меньшей мере, на части внешней поверхности оболочек тепловыделяющих элементов выполнены пристенные интенсификаторы теплообмена, высота выступа которых над поверхностью оболочек меньше высоты выступа центрирующих элементов. Технический результат состоит в повышении ресурса и тепловой эффективности тепловыделяющей сборки ядерного реактора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к тепловыделяющим сборкам ядерных реакторов типа ВВЭР, в которых твэлы не закрепляются в несущих решетках, а опираются на них. Опорная решетка-фильтр для тепловыделяющей сборки выполнена в виде перфорированной пластины 1, имеющей в плане форму шестиугольника, с круглыми отверстиями 2 и 3, предназначенными для установки направляющих каналов или несущих труб и центральной трубы, с пазами 4 для прохода теплоносителя и с опорными площадками 8 для контакта с наконечниками тепловыделяющих элементов (твэлов). Пазы 4 для прохода теплоносителя расположены в каждом треугольном секторе пластины 1 рядами, параллельными соответствующей этому сектору стороне шестиугольника, и образованы пересечением перемычек 5, перпендикулярных соответствующим сторонам шестиугольника, перемычек 6, параллельных этим сторонам, а в местах расположения круглых отверстий 2 и 3 - и перемычек 7, ограничивающих круглые отверстия 2 и 3. Каждая опорная площадка 8 расположена в месте общей короткой стенки соответствующих двух смежных пазов 4 и имеет ширину, равную суммарной ширине паза 4 и двух перемычек 5. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления решетки путем увеличения проливного сечения за счет оптимизации формы пазов для прохода теплоносителя и опорных площадок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх